燃煤電廠脫硫廢水處理工藝研究

喬玉平

摘要：在燃煤電廠生產(chǎn)過(guò)程中，水資源的使用量和排放量都很大，一個(gè)裝機(jī)容量為2*60MW的火力發(fā)電廠，日耗水量高達(dá)60000m3，每小時(shí)排水量更是多達(dá)100～200m3。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫處理技術(shù)產(chǎn)生的廢水中含有多種污染物，從保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性的角度看，廢水中的無(wú)機(jī)鹽、重金屬和懸浮固體的含量沒(méi)有達(dá)到可排放廢水標(biāo)準(zhǔn)。因此降低燃煤電廠用水量、提高水資源的利用率，最終實(shí)現(xiàn)廢水零排放對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源合理利用具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硫廢水;處理工藝

1燃煤電廠脫硫廢水的來(lái)源

我國(guó)的電力系統(tǒng)主要由火電、風(fēng)電、水電及核電等幾部分構(gòu)成，其中，火電是主要的電力來(lái)源，2016年，我國(guó)的火電裝機(jī)量超越美國(guó)，成為世界上火電裝機(jī)量最大的國(guó)家，滿足了國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)和生活的能源供應(yīng)。隨著裝機(jī)量的增加，電廠排污也急速增加，為了抑制火電燃煤時(shí)產(chǎn)生的二氧化硫煙氣，目前國(guó)內(nèi)電廠幾乎全部都安裝了脫硫系統(tǒng)。主流的脫硫技術(shù)是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。該技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，主要脫硫環(huán)節(jié)是在吸收塔中進(jìn)行，石灰石漿液與煙氣充分接觸，生成二水硫酸鈣（CaSO4·2H2O），再經(jīng)過(guò)除霧環(huán)節(jié)，從煙囪中排除廢氣。

在脫硫處理環(huán)節(jié)中，需要控制脫硫漿液中的氯離子濃度，防止對(duì)吸收塔的腐蝕。如果濃度提高則需要排出脫硫廢水。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，煤炭中進(jìn)入石膏中的氯離子中70%會(huì)隨著廢水排放出去，每年脫硫廢水總量超過(guò)9000萬(wàn)噸，脫硫廢水中含有大量的污染物，對(duì)于脫硫廢水的深度處理投入資金在700億以上。

2燃煤電廠脫硫廢水主要處理難點(diǎn)

2.1廢水成分復(fù)雜

燃煤電廠在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)煤的充分燃燒后水會(huì)吸收大量煙氣，并在其他發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的影響之下，造成脫硫廢水的成分在不同階段都處于動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)。使用傳統(tǒng)的物理法和化學(xué)法，會(huì)使得脫硫廢水的水質(zhì)更加不穩(wěn)定，處理過(guò)后仍然含有大量有害物質(zhì)例如重金屬離子，依然不滿足國(guó)家對(duì)于排放廢水的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2脫硫廢水含鹽量過(guò)高

生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的脫硫廢水中含有多種高濃度的無(wú)機(jī)鹽離子例如鈣離子和鈉離子，除此之外還有各種高含鹽量的結(jié)晶鹽?；邴}物質(zhì)難以被凈化的特點(diǎn)，使得這一類脫硫廢水的處理難度也比較高。并且在廢水處理過(guò)程中，其內(nèi)部成分也一直處于動(dòng)態(tài)變化的不穩(wěn)定狀態(tài)，其狀態(tài)的變化和不穩(wěn)定程度主要受到電廠的發(fā)電情況的影響。

2.3脫硫廢水懸浮物含量過(guò)高

脫硫廢水中的懸浮固體含量一般較高。由于煤種的不同，脫硫工藝條件等因素的影響，廢水中懸浮物的濃度一般會(huì)達(dá)到6000～15000mg/L，需要一定的時(shí)間才能澄清。為了處理懸浮物，必須確保同時(shí)處理在中和池和反應(yīng)池中產(chǎn)生的新固態(tài)產(chǎn)物，因此在設(shè)備運(yùn)行期間，必須確保沉淀絮凝箱滿足一定要求。

3燃煤電廠廢水常規(guī)處理工藝

3.1機(jī)械蒸發(fā)結(jié)晶工藝

機(jī)械蒸發(fā)結(jié)晶工藝主要有多效蒸發(fā)（MEE）和蒸汽再壓縮（MVR）兩種技術(shù)。MEE的工藝流程如圖2所示，特點(diǎn)是串聯(lián)了多個(gè)蒸發(fā)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)加熱，每個(gè)蒸發(fā)器稱作“一效”，可以串聯(lián)3～4個(gè)蒸發(fā)器，將上一個(gè)蒸發(fā)器的蒸汽作為下一個(gè)的熱源，通過(guò)級(jí)聯(lián)蒸汽多次利用使鹽水蒸汽凝結(jié)為水，能顯著提高蒸汽的利用率，減少浪費(fèi)。缺點(diǎn)是多個(gè)蒸發(fā)器加熱器的串聯(lián)會(huì)占用較大面積。

MVR則是將壓縮機(jī)引入蒸汽系統(tǒng)，對(duì)二次蒸汽進(jìn)行壓縮回收再供蒸發(fā)器循環(huán)使用。因此，MVR系統(tǒng)能夠充分回收熱量，提高熱效率，減少了能耗需求。系統(tǒng)的占地面積比MEE系統(tǒng)小很多，效率更高，更適合于蒸氣源較少的工廠。

3.2預(yù)處理

為凈化水質(zhì)，使脫硫廢水達(dá)到下一技術(shù)環(huán)節(jié)的進(jìn)水要求，需要設(shè)置必要的預(yù)處理環(huán)節(jié)。預(yù)處理技術(shù)主要是去除廢水中的重金屬離子，對(duì)廢水進(jìn)行軟化處理。

雙堿法是目前在燃煤電廠應(yīng)用較為廣泛的廢水軟化預(yù)處理工藝。雙堿法是采用Ca（OH）2+Na2CO3或NaOH+Na2CO3的方法處理脫硫廢水，利用OH-去除Mg2+，利用CO32-去除Ca2+，降低廢水的硬度。采用的雙堿法兩級(jí)軟化預(yù)處理工藝，對(duì)廢水進(jìn)行全面軟化，全過(guò)程沒(méi)有任何廢水排放。該技術(shù)對(duì)鈣、鎂離子的去除率均達(dá)97%以上，處理后的水可繼續(xù)回用。對(duì)比四種軟化處理方案發(fā)現(xiàn)，最佳軟化處理工藝為NaOH+Na2CO3工藝，可使脫硫廢水中Ca2+、Mg2+的去除率>99.7%。該工藝具有穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，但運(yùn)行過(guò)程中投加大量的化學(xué)藥劑，形成污泥沉淀，會(huì)大大增加處理成本。將生物炭技術(shù)應(yīng)用于廢水預(yù)處理環(huán)節(jié)。生物炭是生物質(zhì)原料在低氧或無(wú)氧條件下熱化學(xué)分解產(chǎn)生的多孔碳質(zhì)材料，對(duì)工業(yè)廢水中的銅、鉛、砷、鎘等重金屬具有很強(qiáng)的吸附作用，最大吸附容量可達(dá)12.7mg/g。作為一種高效、低成本吸附劑的新型炭材料，生物炭因其更大的表面積、更豐富的官能團(tuán)和更強(qiáng)的吸附能力，在工業(yè)廢水處理中具有很大的應(yīng)用前景。

3.3熱法濃縮

（1）機(jī)械式蒸汽再壓縮蒸發(fā).該技術(shù)是將蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后提升為高品位熱源，重新進(jìn)入蒸發(fā)器替代新蒸汽加熱廢水進(jìn)行濃縮。利用膜濃縮與MVR蒸發(fā)結(jié)晶相結(jié)合技術(shù)，將脫硫廢水中的分離出來(lái)的淡水進(jìn)行回收利用，得到的結(jié)晶鹽純度可達(dá)97.5%。在對(duì)MVR技術(shù)在脫硫廢水零排放技術(shù)中的研究表明，該項(xiàng)技術(shù)的濃縮倍率約為原水的24倍，淡水產(chǎn)水率達(dá)80%，處理效果較好。該工藝的自動(dòng)化程度高、占地面積較小，濃縮效果顯著。但在鹽水濃縮過(guò)程中，系統(tǒng)仍存在堵塞、風(fēng)機(jī)葉輪易損壞且投資成本均偏高等問(wèn)題。

（2）多效蒸發(fā)。該技術(shù)是利用串聯(lián)的多級(jí)蒸發(fā)器的前一級(jí)產(chǎn)生的蒸汽為下一級(jí)提供熱源，對(duì)脫硫廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。理論上蒸發(fā)器效級(jí)設(shè)置的越多，越節(jié)約蒸汽，但考慮到投資成本高的問(wèn)題，需衡量采用的最優(yōu)級(jí)數(shù)。同時(shí)還需對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行定期清洗，且存在熱量損失問(wèn)題。采用五效蒸發(fā)的系統(tǒng)獲得的綜合熱能利用率最高，且蒸汽消耗量最小。采用的“四效蒸發(fā)結(jié)晶”工藝對(duì)軟化預(yù)處理后的脫硫廢水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，獲得的結(jié)晶鹽NaCl純度約為95%左右。

3.4脫硫廢水固化處理技術(shù)

（1）蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是利用火電機(jī)組產(chǎn)生的熱量對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的廢水進(jìn)行濃縮，最終的濃縮液體在飽和狀態(tài)下析出結(jié)晶鹽固體，水蒸氣則通過(guò)冷凝管回收并進(jìn)行二次利用。主要流程為預(yù)處理、濃縮和結(jié)晶。預(yù)處理是通過(guò)向廢水中加入純堿和苛性鈉去除廢水中的鈣離子和鎂離子，使廢水得到軟化，避免產(chǎn)生結(jié)垢。在濃縮過(guò)程中，采用膜濃縮法提高了廢水的濃度，既提高了結(jié)晶效率也節(jié)約了能源。在結(jié)晶過(guò)程中，濃縮液通過(guò)多效蒸發(fā)結(jié)晶或機(jī)械壓縮蒸發(fā)結(jié)晶被轉(zhuǎn)化為干燥的結(jié)晶鹽固體，以干燥的固體形式進(jìn)行處理。

（2）將預(yù)處理后的廢水霧化后噴灑至鍋爐尾部煙道也被稱為煙道蒸發(fā)技術(shù)。煙道中的熱量可以使廢水快速蒸發(fā)，蒸發(fā)后殘留的固體雜質(zhì)將與煙氣一起進(jìn)入電除塵器，主要分為主煙道蒸發(fā)技術(shù)和旁路煙道蒸發(fā)技術(shù)。技術(shù)流程簡(jiǎn)單，不需要提供額外能源，減少了廢水處理的成本。同時(shí)，通過(guò)將廢水引入煙道，也可以在一定程度上增加煙道內(nèi)的濕度，降低煙氣中粉塵顆粒的比電阻，不僅對(duì)除塵效率有很大提升，還具有很高的環(huán)保價(jià)值。

結(jié)論

脫硫廢水的凈化處理對(duì)于環(huán)境保護(hù)和水資源的回收利用起著重要作用，為了實(shí)現(xiàn)廢水零排放，當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展了較多的脫硫廢水處理工藝。不同的電廠應(yīng)結(jié)合自身的場(chǎng)地規(guī)模、經(jīng)濟(jì)能力、所處區(qū)域等特點(diǎn)，選擇較為成熟穩(wěn)定的廢水處理工藝搭建脫硫廢水處理系統(tǒng)，做到節(jié)能環(huán)保，更好的服務(wù)于生產(chǎn)生活。

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